復(fù)合錨在公路高邊坡工程中的應(yīng)用

1、.復(fù)合錨在公路高邊坡工程中的應(yīng)用摘要：對(duì)巖體邊坡的加固常以端頭拉力錨為主，但在破碎巖體邊坡加固中由于端頭錨受自身受力特點(diǎn)制約，加上被加固體本身的承載能力也可能難以提供過(guò)高的錨固力，使得端頭拉力錨在破碎巖體中的利用受到了一定的限制。而壓力型錨索受力特點(diǎn)恰好與拉力錨相反，具備將不穩(wěn)定體錨定在地層深部，充分利用錨固段；同時(shí)可根據(jù)被加固體的承載能力采用單元復(fù)合錨（即分散型壓力錨索）來(lái)調(diào)節(jié)錨固力，以使被加固體獲得達(dá)到穩(wěn)定所需的足夠錨固力。浙江金麗溫高速公路以地質(zhì)復(fù)雜、地貌變化大、地下水發(fā)育著稱(chēng)，在松散破碎巖層地段高邊坡加固中，壓力分散型復(fù)合單元錨索得到了較成功的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹本工程施工重點(diǎn)、難點(diǎn)及對(duì)

2、策，以供類(lèi)似工程借鑒。 關(guān)鍵詞：壓力分散復(fù)合錨索高邊坡應(yīng)用 1.單元復(fù)合錨的原理簡(jiǎn)述 1.1利用多個(gè)承載體均布在錨固段 當(dāng)注漿固結(jié)后，通過(guò)一定的荷載張拉對(duì)應(yīng)的各單元錨，設(shè)置在錨固段內(nèi)的各承載體即將鋼絞線(xiàn)的拉力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力傳遞給被加固體。 1.2應(yīng)用范圍 適用于各類(lèi)巖層，尤其是在巖體松散破碎地段或局部承載能力較低地段與拉力錨相比較，具有更大的優(yōu)勢(shì)。 1.3與端頭錨及拉力錨的比較 1）受力機(jī)理更趨合理：拉力錨受力特點(diǎn)呈倒葫蘆形式，錨索的前段為拉應(yīng)力集中區(qū)，逐步衰減至后段，易在錨固段的前段產(chǎn)生剪切破壞；而壓力型錨索中注漿體受壓，根部為壓應(yīng)力集中區(qū)，逐步衰減至自由段，與拉力錨相比較可為巖層提供的錨固力

3、可調(diào)性范圍大，對(duì)巖層的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；而采用分散型壓力錨索更可避免錨固后段的壓應(yīng)力集中，使錨固段內(nèi)應(yīng)力分布更趨均勻，同時(shí)繼承了壓力錨對(duì)軟弱地層適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。 2）采用了無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)，具有更高的防腐性能，減少了普通鋼絞線(xiàn)施工時(shí)涂油工作，節(jié)省了人力，減少了對(duì)環(huán)境的污染。 3）安裝錨索后，自由段與錨固段可一次灌漿，簡(jiǎn)化了注漿工序。 4）可采用小噸位千斤頂循環(huán)張拉，使得錨固段應(yīng)力分布更趨均勻。 2.在金麗溫高速公路工程中的應(yīng)用 2.1工程概介 1）工程規(guī)模及地點(diǎn) 本路塹邊坡分三級(jí)，最大垂直高度97m左右，長(zhǎng)度約350m，加固總面積為18300m2左右，設(shè)計(jì)錨索共512根，總錨固力達(dá)38400kN

4、；其它輔以錨網(wǎng)噴混凝土、重力式擋墻等加固手段。 2）場(chǎng)地工程地質(zhì)條件 通過(guò)電視成像、遙感、超聲波等手段的分析結(jié)果，該邊坡主要是受古滑坡影響造成巖體邊坡坡碎。根據(jù)報(bào)告顯示該地段存在兩條斷裂構(gòu)造，斷裂交會(huì)處位于本工程段落的中心，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，節(jié)理密度36條/m，共存在主要節(jié)理34組，最為發(fā)育、最為不利的一組節(jié)理產(chǎn)狀順坡向，對(duì)巖體穩(wěn)定影響極大。本地段巖性從上至下：亞粘土、含碎石亞粘土、含亞粘土碎石、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、中風(fēng)化凝灰?guī)r。 水文地質(zhì)：本場(chǎng)址位于浙南丘陵山區(qū)，“U”型溝谷發(fā)育，植被茂盛，該地下水主要為構(gòu)造裂隙水及基巖裂隙水，主要接受大氣降水，局部構(gòu)造裂隙水有一定的承壓性。滲水量為40356m3

5、/年。 3）設(shè)計(jì)概介（圖1） 圖1 2.2錨索施工 1）基本施工工序 造孔（編錨）下錨灌漿澆筑錨墊墩封孔灌漿張拉外錨頭保護(hù)。 2）鉆孔施工 成孔的質(zhì)量直接影響到錨索的錨固效果及有效時(shí)間，因此選擇合理的成孔方法及造孔設(shè)備是工程成敗的關(guān)健。結(jié)合本工程特點(diǎn)，配備鉆機(jī)主要為MD-50型潛孔鉆，另外配以少量100型地質(zhì)鉆進(jìn)行施工。鉆孔施工中考慮到該路塹邊坡地質(zhì)破碎，鉆孔方法主要以跟套管鉆進(jìn)、固結(jié)灌漿二次成孔及長(zhǎng)螺旋干鉆為主。鉆頭根據(jù)不同地段的硬度主要配以合金鉆頭及鋼粒鉆頭，跟套管鉆進(jìn)時(shí)采用偏心鉆頭。在鉆孔過(guò)程碰到不少問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）由于巖體破碎，鉆孔過(guò)程中多次發(fā)生孔壁坍塌，造成掉鉆

6、、卡鉆、埋鉆事故，處理主要是先利用空壓機(jī)的高風(fēng)壓（風(fēng)壓一般在1.2-1.5Mpa）強(qiáng)行吹孔，然后借助潛孔鉆的反沖力強(qiáng)行起拔；當(dāng)以上工作仍難以解決問(wèn)題時(shí)，通常采用下外層套管，然后利用巖心管將埋鉆地段的石塊破碎，并借助螺紋鉆桿將破碎后的石塊擠出，然后再借潛孔鉆的反沖取出鉆具。 （2）由于裂隙發(fā)育，鉆孔過(guò)程常出現(xiàn)鉆孔漏風(fēng)、或風(fēng)壓串孔、突然進(jìn)尺等現(xiàn)象，對(duì)于發(fā)生突然進(jìn)尺時(shí)應(yīng)立即退鉆進(jìn)行固結(jié)灌漿，其它情況視圍巖破碎情況主要降低鉆機(jī)的回尺即采取慢速推進(jìn)，同時(shí)減小空壓機(jī)的供風(fēng)風(fēng)壓及風(fēng)量，以防沖毀孔壁。 （3）套管接頭由于螺紋未擰緊造成跑管現(xiàn)象，此種情況主要利用加工的公錐進(jìn)行打撈。 3）索體的制作 （1）材料無(wú)

7、粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線(xiàn)，715.24mm；承載體+鐵頭；隔離架體；注漿管；捆綁鋼帶。 （2）加工設(shè)備：鋼鉸線(xiàn)彎曲機(jī)、捆綁機(jī)。 （3）加工方法：采用切割機(jī)進(jìn)行鋼絞線(xiàn)下料，先加工第三個(gè)單元，采用鋼絞線(xiàn)彎曲機(jī)將承載體+鐵頭+下好料大致彎成“U”型的鋼絞線(xiàn)共同推進(jìn)，當(dāng)鋼絞線(xiàn)與鐵頭前凹槽密貼后，再利用捆綁機(jī)將鋼帶捆綁于承載體于鋼絞線(xiàn)上，然后再加工第二單元、第一單元。加工時(shí)，注意及時(shí)將隔離架體設(shè)置好，以保證鋼絞線(xiàn)相互平行，并且做好雙記號(hào)，以便于確認(rèn)。 4）錨索注漿 注漿設(shè)備選用UBJ2擠壓式注漿泵（注漿壓力01.5Mpa，排漿量30L/min）和BW200/50注漿泵（工作壓力P=05Mpa，排漿量10200L

8、/min）。漿液采用灰漿攪拌機(jī)拌合，根據(jù)漿液的凝膠時(shí)間，一次攪拌水泥漿量不小于0.3m3，攪拌時(shí)間不應(yīng)小于2min。輸漿管采用耐壓50Mpa的高壓膠管，管口采用快速接頭以保證注漿速度。漿液為純水泥漿，灰比為0.45，考慮到錨索的防腐問(wèn)題要嚴(yán)格控制水泥中的氯鹽含量，冬季施工時(shí)考慮到水泥漿的結(jié)石收縮，在漿液中摻入適量的微膨脹劑。注漿采用有壓灌漿，終孔注漿壓力1.2Mpa，并且靠孔口段10m自由段采取循環(huán)注漿，直至回漿濃度與進(jìn)漿濃度相同后才能結(jié)束灌漿。 5）錨索張拉（以25m錨索舉例說(shuō)明，如圖2：） 張拉設(shè)備根據(jù)BSM錨具并結(jié)合設(shè)計(jì)錨索承載力選用YCW-100t千斤頂、YCW-200t千斤頂（張拉行

9、程200mm）；張拉油泵采用ZB-500電動(dòng)油泵，額定工作壓力50Mpa，額定流量4L/min。 張拉理論及計(jì)算：如圖3所示，本工程錨索分三個(gè)單元，鑒于各單元錨自由伸長(zhǎng)長(zhǎng)度不同，為保證各單元錨的受力均勻，防止某單元錨因應(yīng)力過(guò)大造成破壞，張拉時(shí)必須考慮各單元錨在同荷載下因自由長(zhǎng)度不等而引起的伸長(zhǎng)值差。各單元錨的伸長(zhǎng)值計(jì)算： 各單元錨桿的承載力T=Td/n 式中：Td設(shè)計(jì)復(fù)合錨承載力； 圖2錨索結(jié)構(gòu)示意圖 圖3各單元錨伸長(zhǎng)長(zhǎng)度示意圖 各單元錨桿的伸長(zhǎng)量i=T*Li/(Es*As) 式中：Li單元錨桿的自由長(zhǎng)度，Li=錨具厚度+錨墊板厚度+墊墩軸心厚度+2（錨固段+自由段）+彎曲段長(zhǎng)度2鐵頭半徑；

10、Es預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量； As預(yù)應(yīng)力筋的截面積。 由此得出各單元錨間位移差為1-2=1-2,2-3=2-3。 張拉施工：首先對(duì)各單元錨因自由段長(zhǎng)度不同而引起的伸長(zhǎng)值不同進(jìn)行補(bǔ)嘗，補(bǔ)嘗前應(yīng)先用各單元錨承載力10%將鋼絞線(xiàn)拉緊；補(bǔ)償張拉1單元：張拉力T1補(bǔ)償=1-2*Es*As/L1;張拉（1單元+2單元）：張拉力2-3*Es*As/L1+T1補(bǔ)償=2-3*Es*As/L1；張拉（1+2+3單元）：因1、2單元均已采用補(bǔ)償張拉，故到第三個(gè)單元時(shí)開(kāi)始同時(shí)張拉，采用逐級(jí)加載，每級(jí)荷載張拉后停留時(shí)間不得少于5min，最后鎖定荷載停留時(shí)間不得少于10min。原則上，張拉應(yīng)在注漿后，孔內(nèi)漿液完全固結(jié)并達(dá)到最

11、大強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行，而常溫下水泥漿液需養(yǎng)護(hù)28d才能達(dá)到最大強(qiáng)度值，長(zhǎng)時(shí)待凝必定延長(zhǎng)施工工期。因?qū)嶋H注漿時(shí)漿液中都摻有適量的早強(qiáng)劑，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為水泥漿液可使其在8d內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，另外張拉力為設(shè)計(jì)軸拉力Nt，而不是極限錨固力Pt，因此張拉通常選擇在注漿810d后進(jìn)行，從張拉的效果來(lái)看，全部能以設(shè)計(jì)荷載張拉鎖定。鎖定的同時(shí)隨機(jī)選擇錨索數(shù)量的20%安裝GMS型錨索測(cè)力計(jì)，施工中根據(jù)實(shí)際情況確定如在10d內(nèi)（規(guī)范規(guī)定為48h）錨索應(yīng)力值損失不超過(guò)鎖定荷載的10%視為穩(wěn)定，否則對(duì)對(duì)應(yīng)區(qū)域的錨索進(jìn)行二次補(bǔ)嘗張拉。 張拉過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有幾種情況容易造成張拉失敗，進(jìn)而導(dǎo)致錨索失效。一種破壞形式是注漿體與地層界

12、面間發(fā)生破壞，這是因?yàn)橐皇亲{壓力難以達(dá)到要求，漿液擴(kuò)散范圍過(guò)??；二是成孔孔壁粗糙程度難以足夠的粘結(jié)力；三是下錨后注漿不及時(shí)造成孔內(nèi)可能發(fā)生坍孔，影響了注漿的質(zhì)量。第二種破壞形式表現(xiàn)為沿錨索體與注漿體界面破壞，從施工記錄及破壞情況分析來(lái)看，原因一是因?yàn)闊o(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)外包塑皮破壞，二是因?yàn)樽{漿液發(fā)生分層現(xiàn)象。第三種問(wèn)題是以設(shè)計(jì)承載力難以鎖定錨索，錨頭位移過(guò)大；這種情況主要發(fā)生在錨墊墩坐落于土石交錯(cuò)地段，還有一種原因分析后認(rèn)為主要是因?yàn)殄^固段埋入穩(wěn)定地層中的深度不足所引起。 3.檢測(cè)部分 3.1錨索應(yīng)力檢測(cè)（圖4） 錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用GMS型錨索測(cè)力計(jì)，在錨索施工中將錨索穿過(guò)傳感器中孔，將傳感器鎖定

13、在鋼墊板上承受壓力。通過(guò)傳感元件的輸出值求出錨索應(yīng)力值。 圖4測(cè)量系統(tǒng)示意圖 1-巖土錨測(cè)力計(jì)；2-信號(hào)輸出插頭；3-測(cè)定儀的信號(hào)輸入插座；4-測(cè)定儀 錨力計(jì)的安裝要首先檢查錨墊板平整度，不平整度要小于0.1，錨墊板外平面與穿索孔軸線(xiàn)必須垂直，不垂直度要求小于5度；二是要對(duì)錨墊板表面的雜物，如混凝土、土質(zhì)等進(jìn)行清除；三是要確保錨力計(jì)的安裝位置，要保證錨墊板中心、測(cè)力計(jì)中心與錨索軸中心對(duì)正重合。 測(cè)力時(shí)首先確定工作溫度，根據(jù)說(shuō)明書(shū)所提供的基準(zhǔn)溫度確定溫度修正系數(shù)k，然后按下列公式計(jì)算實(shí)際的頻率，并根據(jù)標(biāo)定情況推算其應(yīng)力值，公式如下： fi=(Ti-T0)*k+fci 式中：fi溫漂被修正的被測(cè)頻

14、率值； Ti測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度； T0基準(zhǔn)溫度； FciTi環(huán)境中實(shí)測(cè)頻率值； 錨力計(jì)觀(guān)測(cè)頻率表 成果資料整理與判斷：根據(jù)測(cè)量記錄，利用工作直線(xiàn)方程推算各階段點(diǎn)的錨力值；根據(jù)錨力值的大小，確定某一區(qū)域內(nèi)錨索是否需要進(jìn)行補(bǔ)嘗張拉，錨桿所提供錨固力是否能滿(mǎn)足邊坡穩(wěn)定要求；最后還可根據(jù)錨力值的變化，判斷爆破、下雨、相鄰錨索張拉對(duì)預(yù)應(yīng)力值的影響，來(lái)調(diào)整施工工藝，確定超張拉值，確保錨桿的有效性。 3.2邊坡穩(wěn)定觀(guān)測(cè) 為正確評(píng)估邊坡錨固后的穩(wěn)定性，錨固施工的同時(shí)及施工完后一段時(shí)間內(nèi)對(duì)邊坡的位移進(jìn)行觀(guān)測(cè)。邊坡位移觀(guān)測(cè)采用NIKONDTM530型全站儀，沿路線(xiàn)走向設(shè)置幾處斷面，位移觀(guān)測(cè)樁分為控制樁及工作樁，控制樁分為架鏡控制樁及后視控制樁，控制樁在開(kāi)挖邊坡的對(duì)面能夠觀(guān)測(cè)到整個(gè)開(kāi)挖邊坡，并能與原施工導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)通視的地點(diǎn)布設(shè)。 為避免誤差的產(chǎn)生，置鏡樁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基座，基座頂部預(yù)埋DTM全站儀基座螺桿，在觀(guān)測(cè)時(shí)直接將全站儀安裝在混凝土基座上，避免腳架變形及對(duì)中誤差；工作樁和后視控制樁采取現(xiàn)澆混凝土，現(xiàn)澆混凝土?xí)r預(yù)埋棱鏡基座螺母，觀(guān)測(cè)時(shí)直接將棱鏡安裝在基座的螺母上，以便于觀(guān)測(cè)。 觀(guān)測(cè)頻率，施工期每7d一次，大雨過(guò)后，加測(cè)一次，邊坡加固完畢后，每一個(gè)月兩次，觀(guān)測(cè)期35年。 從觀(guān)測(cè)效果來(lái)看，完成邊坡加固后，邊坡最大